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Abstract
Understanding hydrology of channelized and natural headwater streams is paramount for maintaining ecosystem function and natural flow regimes. Two channelized and two natural headwater streams located in Upper Big Walnut Creek (UBWC) watershed in Ohio, USA, were instrumented to facilitate measurement, characterization and comparison of hydrology to the accepted paradigm for headwater hydrology. Data were collected at 10-min intervals from 1 January 2005 to 31 December 2006. Differences in flow magnitudes (average, low and high) were generally greater (P < 0.05) in the channelized streams. Frequency of zero discharge and out-of-bank discharge was significantly greater in the natural streams. Zero discharge occurred in summer and out-of-bank flows occurred in winter. Rate of change variables indicated that channelized streams respond more quickly to rainfall, have significantly greater peak flows, and have slower recession times. In contrast, natural streams tend to be more “flashy”. The findings were generally consistent with the accepted paradigm for headwater hydrology and attributed to stream type, presence of subsurface drainage, potential connection to groundwater, and differences in riparian vegetation. The design and installation of management practices that influence hydrology should consider the potential impacts of altering stream hydrology. Management practices such as water-table management have the potential and show promise in altering the hydrology of channelized streams to resemble the hydrology of natural streams.
Résumé
La compréhension de l'hydrologie des cours d'eau, recalibrés et naturels, de tête de bassin est déterminante pour maintenir les fonctions écosystémiques ainsi que les régimes naturels d'écoulement. Deux cours d'eau, de tête de bassin, naturels et deux recalibrés situés dans le bassin versant du Big Walnut Creek supérieur dans l'Ohio, Etats-Unis, ont été instrumentés pour faciliter la mesure, la caractérisation et la comparaison hydrologiques par rapport au paradigme consensuel de l'hydrologie des têtes de bassin. Les données ont été acquises à pas de temps de 10 minutes du 1er Janvier 2005 au 31 Décembre 2006. Les différences dans la magnitude de l'écoulement (moyen, faible et fort) sont généralement plus importantes (P < 0.05) dans les cours d'eau recalibrés. Les fréquences d'assèchement et de crue inondante sont significativement plus importantes dans les cours d'eau naturels. Des assèchements se sont produits en été et des crues inondantes ont eu lieu en hiver. Les taux de variation montrent que les cours d'eau recalibrés répondent plus rapidement à la pluie, ont des pics de débit significativement supérieurs, et présentent des récessions plus lentes. Les cours d'eau naturels tendent quant à eux à avoir un comportement plus de type “éclair”. Les résultats sont dans l'ensemble cohérents avec le paradigme généralement accepté de l'hydrologie des têtes de bassin, et sont liés au type de cours d'eau, à la présence de drainage de subsurface, aux connections potentielles avec la nappe souterraine, et aux différences de végétation riparienne. Le dimensionnement et la mise en oeuvre de pratiques de gestion ayant un effet sur l'hydrologie devraient tenir compte des impacts modificateurs de l'hydrologie du cours d'eau. Les pratiques de gestion telles que la gestion de nappe ont un potentiel prometteur pour modifier l'hydrologie des cours d'eau recalibrés dans un sens qui la fait ressembler à l'hydrologie des cours d'eau naturels.
